浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位分析

研究目的:为了解浅埋暗挖黄土地铁隧道施工地层空间变位规律,本文结合西安地铁二号线依托工程,构建三维数值计算模型,对黄土地区浅埋暗挖地铁隧道施工的地表、地层纵、横向变形规律进行系统研究,以期提高黄土地区地铁区间隧道的修筑水平。研究结论:(1)双洞开挖的空间效应与开挖洞径和相对位置有直接关系,后开挖洞室掌子面距先行洞室测试断面两倍洞径左右时开始产生影响,开挖洞室到先行洞室测试面断面时,影响最大;(2)浅埋暗挖法施工中地表地层沉降基本经历缓慢变化、急剧变化及逐渐平稳三个阶段;(3)施工对地层的影响与埋置深度近成反比关系,随地层深度逐渐增加,施工对另一侧地层的影响则逐渐减弱;(4)沉降速率与距离监测断面成反比关系,随掌子面向监测断面的靠近而不断增大,而后随着掌子面远离监测断面而不断减小,呈漏斗形,最大值在掌子面过后的2~4 m的范围;(5)横向的地表沉降曲线呈宽底漏斗状,地层沉降曲线变为标准W形;(6)本文研究成果可为西安地铁修建中的地上地下重点文物和古今建筑的保护提供技术支持。     

兰州地铁黄河隧道设计难点及方案论证

研究目的:兰州地铁1号线一期工程2次下穿黄河,为黄河上第一条交通工程类隧道,国内首创。隧道位于兰州市七里河断陷盆地内,属强透水砂卵石地层条件下连续性长距离的穿河隧道工程,建设环境国内罕见。兰州地铁黄河隧道还要考虑线位、车站、临近既有桥梁、下穿河道河堤等诸多因素,具有较大的设计和施工难度。为确保工程顺利实施,应前期充分论证,精心设计,得出最优设计方案,以利于工程建设。研究结论:本文以兰州地铁黄河隧道外部环境为研究基础,通过剖析相关设计难点,得出黄河隧道设计方案。(1)区间采用两条单洞单线隧道,双线同侧上游绕避桥墩下穿河道,间接控制式泥水平衡盾构施工,装配式钢筋混凝土管片,双道防水措施;(2)两穿黄河区间设中间风井、联络通道及废水泵房等附属,综合区间疏散平台、通风竖井、联络通道及防淹门等防灾救援设施,从而形成一整套完善的黄河隧道设计方案;(3)相关设计结论和经验可丰富我国穿江越河类隧道的修建技术,也可为后续类似工程的建设提供借鉴和参考。     

基于乌蒙山2号隧道论多线大跨车站隧道的修建技术

随着大跨度(大断面)隧道的增多,特别是在软弱围岩中修建大跨交通隧道的几率增大,国内外都把大型洞室的修建技术列为重大研究课题予以实施。乌蒙山2号隧道是改建铁路贵昆线六盘水至沾益段增建2线工程,出口段扒挪块车站伸入隧道内547 m,为4线大跨车站隧道,最大开挖跨度达28.42m,开挖面积354.30 m2。以此车站隧道为依托,按洞口段、浅埋段、深埋段3部分,分别从开挖稳定性、施工工法、支护措施3方面对特大跨隧道的修建技术进行了分析和讨论,得出了一些有益的结论,可为今后类似工程提供参考。     

天津软土地层重叠盾构隧道施工地表变形规律研究

重叠盾构隧道施工会对地层产生二次扰动,造成地表变形加剧。为研究其地表变形规律,依托天津地铁5号线宾馆西路—环湖西路区间和6号线环湖西路—宾馆西路区间隧道工程,采用FLAC3D对两种开挖顺序进行数值模拟,并对15个地表监测断面的实测数据进行分析,得到天津软土地层重叠盾构隧道施工地表变形规律。研究结果表明：(1)本工程中上部隧道推进土压力和静止土压力比值α的合理取值范围为2.0～2.4,下部隧道α宜取1.2～1.6;(2)对地表实测数据进行拟合,可近似认为Peck公式中的沉降参数k服从N～(0.981, 0.230)的分布;(3)不同开挖顺序地表沉降曲线的形状和宽度无变化,开挖顺序2的最大地表沉降增加0.8 mm;(4)“先下后上”的开挖顺序时,地表沉降槽宽度主要受下部隧道影响。     

新城子隧道小间距段导洞作用效果计算分析

研究目的:小间距隧道的工程难点主要是群洞效应以及中间岩柱的稳定性问题,国内目前研究主要集中在浅埋、城市环境以及一般围岩环境,针对挤压性围岩中的小间距问题研究甚少。基于此,本文以兰渝铁路新城子隧道为工程背景,通过数值计算及数据统计分析的方法,研究挤压性围岩中小间距隧道导洞的作用效果,以期为相关工程提供参考。研究结论:(1)挤压性围岩小间距隧道,邻洞的存在对主洞开挖的影响包括中间岩柱的塑性变形和邻洞的变形释放,两种变形效应叠加产生相互影响;(2)先行洞室开挖的影响范围为掌子面前方1.5B,掌子面后方2B;(3)先行导洞的作用,可以明显减小后行洞室扩挖时对先行洞室的影响,同时本线的位移减小至无导洞的10%～20%,影响范围降至1.5B之内;(4)新城子隧道变形统计分析显示,后行左线变形小于右线11.6%～20.4%,当采用导洞应力释放后,左、右线平均值及最大值减小7%～20%;(5)该研究成果可为类似挤压性围岩隧道的设计与施工提供参考。     

水平层状围岩隧道稳定性及破坏机理研究

研究目的:水平层状砂质板岩隧道围岩施工稳定性是一个难点,为研究水平层状砂质板岩围岩隧道在不同影响因素下的安全稳定性,本文以同马山隧道工程为依托,对水平层状砂质板岩隧道的稳定性及破坏机理进行研究。研究结论:(1)随着岩层厚度减小,洞室爆破开挖后成形困难程度增加,拱顶塌落范围增大,边墙、拱顶等位置破碎程度增加;(2)随着岩体坚硬程度及层理面结合程度降低,洞室由边墙部位发生轻微破坏到整体发生较大变形,成形困难,其中层理面对隧道洞室成形影响的最大段落是破碎带和裂隙带;(3)洞室失稳破坏是围岩压力与爆破动载共同作用的结果,拱顶与边墙处最易发生破坏,拱顶处破坏程度最大,边墙次之,拱腰处最小;(4)本研究成果可为水平层状围岩隧道的建设提供参考。     

饱和性黄土质单线铁路隧道施工技术

本文通过工程事例介绍富含水黄土质隧道施工技术,分析饱和性黄土地质对洞室开挖控制的影响因素, 研究隧道土体变形破坏的基本规律,确定适合富水黄土质隧道的合理开挖方式、开挖顺序和支护形式,为富水土质隧道的修建积累了经验,为同类地下工程施工提供技术参考。     

挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律研究及工程应用

挤压性围岩隧道大变形问题是近年来困扰隧道建设者的突出难题之一。以丽香铁路长坪隧道为工程依托,采用数值计算与现场测试相结合的方法,研究了挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律,并应用于工程实践。主要研究结论为:(1)单线隧道受洞室形状影响,变形以水平方向为主,围岩压力以垂直方向为主;(2)支护结构均以受压为主,拱腰和墙脚是易产生应力集中的薄弱环节,实测锚杆多受拉,墙中锚杆轴力远大于拱部及墙脚锚杆;(3)实测受力变形分布规律与计算结果基本一致;(4)工程实践中通过采取断面曲率优化、加长边墙系统锚杆、两台阶法开挖、高效锚杆钻机等措施,有效控制了围岩变形,隧道结构安全稳定。     

矿山法OC型断面在反向开挖隧道中的应用

研究目的:为解决矿山法隧道反向开挖的施工问题,本文以乌鲁木齐国际机场～T4航站楼区间为例,提出OC型断面解决隧道反向开挖的施工方法,通过Midas-GTS数值分析其断面的受力性能、施工过程,并通过现场实施加以验证。研究结论:(1)由于受到场地限制,本文提出的OC型断面减少了渡线段的起拱高度,减少了结构跨度,同时相应地增加了拱顶的覆土厚度和侧面的建(构)筑物距离,更好地控制地层变形,降低了工程风险;(2)对OC型断面进行了承载能力极限状态和正常使用状态验算,构件尺寸和配筋均满足现行规范要求,且小于单洞双线大断面;(3)通过Midas-GTS数值模拟,分析了OC型断面开挖全过程对周边地层的影响,最大沉降3. 61 mm,施工现场实际监测最大沉降3. 07 mm,均小于预警值7 mm,OC型断面能较好地控制周边地层的变形;(4)本文研究的成功应用,可降低传统的单洞双线隧道反向开挖的风险,同时可节约工程投资,对在城市繁华区域修建地铁工程具有借鉴意义。     

修建地铁与历史遗迹文物的保护

正1工程概况及考古工作在希腊古城塞萨洛尼基(Thessaloniki)修建第一条地铁,意味着这是一项在保护历史遗迹和建立先进的公共交通之间寻找平衡的任务。希腊海岸城市塞萨洛尼基修建地铁面临一系列的挑战,不仅是工期延误,而且由于局部变更设计,导致建设成本增加。9.6 km长的平行的区间盾构隧道在城市地下20～25 m深处开挖,诚然,这是一个足以使历史遗     

近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究

研究目的:解决新建复线隧道与既有隧道平行近距离修建时,既保证新建隧道安全施工,同时确保既有线隧道的安全运营的问题。研究结论:(1)在浅埋偏压条件下,新建黄土隧道拱部下沉量和净空收敛量均较大;(2)围岩压力分布呈不对称猫耳状;(3)钢拱架远离侧应力大于临近侧应力,在支护体系中作用较大;(4)拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;(5)拱部系统锚杆受力较小,对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;(6)既有隧道受新建隧道开挖影响比较明显,新建隧道开挖对既有隧道产生了偏压和拉伸两种效应;(7)两近接隧道之间的间距对既有衬砌的影响较大,当间距一定时,临近侧所受影响大于远离侧所受影响。     

盾构诱发的地表及邻近建筑物变形规律研究

研究目的:以北京地铁八号线某区间隧道盾构工程为依托,采用FLAC模拟预测盾构施工引起的地表及其附近建筑物的变形规律,为盾构隧道施工安全通过地表建筑物时的合理施工参数确定和现场监测方案的制定提供技术支撑。研究结论:(1)采用数值模拟得到北京地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律,地表横向沉降曲线在水平方向上基本对称,建筑物对其周围区域地表变形影响较大,对其所在区域地表变形影响相对较小,最大差异沉降为8,09 mm;(2)数值模拟预测结果表明两隧道开挖对地表影响的范围主要在两隧道中心左右各36 m,开挖面影响区域为开挖面前方24 m及开挖面后方20 m范围内,施工时应重点监测;(3)实践表明实测曲线与数值模拟曲线吻合较好,数值模拟是预测盾构施工对地表及邻近建筑物变形影响规律的有效手段;(4)研究成果可用于地铁盾构施工对地表邻近建筑物的变形控制方案的制定。     

岩质地层隧道风井施工变形合理开挖步长研究

本文通过数值模拟方法，研究岩质地层不同开挖步长下隧道风井变形规律，基于变形控制角度，探讨隧道风井合理开挖步长。结果表明：(1)不同开挖步长下风井总位移均表现为竖井底部变形大、距离底部越远变形越小、开挖步越长变形值与影响范围均越大。(2)开挖竖井阶段，竖井开挖面隆起呈线性增长，随后由于衬砌施作隆起值降低，且在横通道开挖阶段再次缓慢线性增长，开挖步越长风井变形越大。(3)沿竖井深度方向，侧移量基本呈线性增大，横通道拱底隆起和拱腰收敛值均呈现距既有隧道越远变形越大；随开挖步长增大，竖井井壁侧移量与横通道断面变形均逐渐增大。(4)可考虑竖井开挖步长1.5 m、横通道开挖步长1.0 m方案。     

近接新建地铁既有污水管道安全性分析

石家庄地铁1号线市招待所段至北国商城段为左右两线,区间隧道上方靠近一既有污水管道,污水管已使用60 a。整条区段上污水管道与隧道呈一定夹角,角度较小。其中靠近地铁车站k10+928.290~k10+943.59区间隧道断面尺寸有所扩大,且污水管底板距离左线隧道拱顶仅6.8 m,该区段既有污水管在隧道开挖过程中可能存在安全风险,并且受污水管可能的渗水影响,隧道本身开挖过程中也存在稳定问题。分别分析了隧道开挖过程中既有污水管底板、边墙和拱部横向和纵向应力分布规律,并通过分析纵向不均匀沉降和纵向应力分布的关系,对隧道开挖过程中既有污水管的破坏机制进行了探讨。最后针对工程特点,提出了改进的超前加固方案。石家庄地铁为石家庄市新建工程,对工程后续建设具有一定的借鉴意义。     

采用双圆隧道系统掘进隧道

对于长大隧道而言，一般采用两条并行的隧道和横向连接通道的方式。但是在双圆隧道修建工程中则采用了“霍赫梯夫法(Hochtief Method)”将单圆隧道修建为双圆隧道系统。     

基坑开挖对下方地铁隧道影响数值分析

研究目的:与既有地铁隧道上下重叠建设的基坑工程日益增多,基坑开挖卸荷对下方既有地铁隧道的影响是该类工程中不可忽视的问题。本文结合工程实例,采用有限元软件进行数值模拟,分析基坑开挖深度、土层特性等方面对下卧隧道的影响,并总结基坑开挖卸荷对下方隧道在结构变形、内力等方面的发展态势和变化规律。研究结论:(1)当基坑开挖深度与下卧隧道覆土厚度之比大于0.5时,下卧隧道结构变形和内力增幅显著,下方隧道竖向位移与上方基坑开挖深度近似于呈线性变化;(2)土层弹性模量越小,隧道隆起量变化增幅越大;(3)隧道内力随着基坑开挖深度的增加呈现减小趋势,当基坑深度开挖至7 m后,由于隧道偏压作用逐渐显著,隧道结构内力呈现增长趋势;(4)本研究结果可为类似工程设计、风险评估与施工提供借鉴和参考。     

曲线盾构隧道开挖面极限支护力研究

研究目的:曲线盾构隧道掘进施工存在巨大安全隐患,受盾构刀盘超挖、盾壳挤压内壁土体和千斤顶不对称推力等因素的影响,致使开挖面前方变形复杂,开挖面稳定性难以控制。基于筒仓理论,本文提出曲面梯度楔形棱柱体开挖面极限平衡模型,推导曲线盾构隧道开挖面极限支护力理论计算公式;进而以济南地铁R1线王府庄至大杨庄区间段曲线盾构隧道为工程背景,探究不同曲率半径下开挖面的变形分布特征,以期为曲线盾构隧道掘进开挖面稳定性提供科学的理论指导。研究结论:(1)曲线盾构隧道开挖面破坏呈现不对称分布,受开挖面偏心支护压力的影响,开挖面前方土体形成曲面梯度楔形棱柱体平衡模型;(2)随着曲率半径的减小,开挖面位移和极限支护压力先增大后减小,且支护压力非常规的按中心支护力进行计算,而是偏向于曲线外侧,其值大于直线盾构隧道;(3)极限支护压力随开挖面土体黏聚力、内摩擦角增大而增大,随两侧破裂角的差值增大先呈现增大趋势,当β132.3°后减小,最后趋于平缓;(4)本研究成果可为曲线盾构隧道施工开挖面稳定性及其支护提供理论指导和科学依据。     

不对称双连拱偏压铁路隧道修建技术研究

研究目的:在我国30多年双连拱隧道工程实践史中,大多数都是在公路隧道中应用,隧道断面多为等跨对称结构,大跨不对称双连拱铁路隧道的工程实践在国内还几乎为空白,对此进行深入研究。本文以新建兰渝线新作坊隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分别模拟了在V级围岩地形偏压条件下不对称双连拱隧道两种不同工序的施工过程,以获取不对称双连拱隧道的受力、变形特征、施工工法、支护体系。研究结论:通过对隧道结构体系关键部位在开挖过程中的受力和变形分析,得出:(1)开挖过程中左、右洞室及中隔墙顶部关键点的应力和变形随施工步变化的规律;(2)"中导洞+右洞+左洞"的三台阶施工工法更加适合该隧道施工;(3)大跨不对称双连拱隧道采用不均衡支护体系;(4)为有效解决中隔墙顶部渗漏水的问题,在其顶部V型区域设置小导管并进行注浆,对中隔墙顶部岩体进行加固提高其抗渗性能。计算结果为该隧道的设计提供了可靠的依据,同时为该类隧道的设计提供了参考。     

新建地铁车站近距离上穿既有地铁区间隧道施工方案的选择

北京地铁新建5号线东单站垂直上穿既有地铁1号线区间隧道,采用浅埋暗挖法施工,基于Peck公式预测施工引起的地表最大沉降为-34.5～-69.0 mm.为了严格控制地表沉降和既有地铁区间隧道上浮,采用工程类比法和FLAC3D有限元法,对柱洞法、中洞法和侧洞法3种地铁车站施工方案进行对比分析,结果表明柱洞法引起的地表沉降、既有地铁区间隧道上浮及结构内力变化均明显小于中洞法及侧洞法,因此施工方案选用柱洞法,并且洞室1、洞室3和洞室8的开挖以及中部梁柱体系施作阶段是柱洞法施工的关键控制步骤.施工完成后,实测地表最大沉降为-53.2 mm,既有地铁区间隧道底板最大上浮为7.7mm,均在控制标准之内.     

城市地铁上软下硬地层Ⅳ级围岩浅埋大断面隧道开挖方案优化研究

针对贵阳地铁1号线某区间暗挖隧道上软下硬地层Ⅳ级围岩浅埋大断面工程特点,采用数值模拟计算、现场监测等手段,对区间隧道的Ⅳ级围岩进行优化分析,对比介绍了该施工条件下采用两台阶左右分步开挖法与竖撑加强两台阶分步开挖法对隧道稳定性的影响。实践表明,采用竖撑加强两台阶分步开挖法可有效控制区间围岩的变形,保证隧道施工安全,可为类似工程的设计、施工提供参考。